1. OBJETIVO
Determinar la dureza mediante la penetración de materiales bituminosos sólidos y semisólidos.
El ensayo de penetración se usa como una medida de consistencia; valores altos de penetración indican consistencias más blandas.
2. EQUIPOS Y MATERIALES
Penetrometro
Cualquier equipo que permita el movimiento vertical sin fricción apreciable del vástago sostenedor de la aguja, y que sea capaz de indicar la profundidad de la penetración con una precisión de 0,1 mm.
El peso del vástago será de 47, 5 ± 0,05 g. El peso total de la aguja y el vástago será de 50, 0 ± 0,05 g.
Para cargas totales de 100 g y 200 g, dependiendo de las condiciones es en que se aplique el ensaye, se estipulan pesas de 50,0 ± 0,05g y 100,0 ± 0,05g.
La superficie sobre la que se apoya la capsula que contiene la muestra será lisa y el eje del embolo deberá estar aproximadamente a 90º de esta superficie. El vástago deberá ser fácilmente desmontable para comprobar su peso.
Fuente: Elaboración Propia
Aguja de Penetración
La aguja es de acero inoxidable templado y duro, debe tener aproximadamente 50 mm de largo y un diámetro entre 1,00 y 1,02 mm.
Sera simétricamente afilada en forma cónica, con un ángulo entre 8°40´ y 9°40´ con respecto al largo total del cono, debe ser coaxial con el cuerpo recto de la aguja. La variación total axial de la intersección del cono y la superficie recta no debe exceder de 0,2 mm. La punta truncada del cono debe tener un diámetro entre 0,14 y 0,16 mm y en ángulo recto al eje de la aguja con una tolerancia de 2º.
La masa del conjunto casquete - aguja será de 2,50 ± 0,05 gr.
Figura N°1
Equipo de Penetración “Penetrometro”
Vástago
Aguja
Superficie sobre la que se Apoya la Capsula
Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera
Fuente: Elaboración Propia
Capsulas
Las capsulas deben ser de metal o vidrio, de forma cilíndrica y con fondo plano. Sus dimensiones son las siguientes: Para penetraciones menores a 200: 55 mm. de diámetro y 35 mm. de profundidad.
Para penetraciones entre 200 y 350: 55 mm. de diámetro y 70 mm. de profundidad.
Fuente: Elaboración Propia
Baño de Agua
Tendrá una capacidad mínima de 10 lts y un sistema apto para mantener la temperatura a 25 ºC, con una tolerancia de ± 0,1ºC; tendrá, además, una bandeja perforada ubicada a no menos de 50 mm del fondo, ni menos de 100 mm bajo el nivel del liquido en el baño.
Fuente: Elaboración Propia
Figura N°2
Aguja para el ensayo de Penetración
Aguja Casquete
Estuche y tapa
Figura N°3
Capsula de metal con dimensiones: Diámetro de 55 mm
Profundidad de 70 mm Volumen de 175 ml aprox.
Figura N°4
Baño de Agua “Baño María”
Fondo Falso
Controlador de temperatura
Nivel de Agua t=25°C
Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera
Transportador de Capsula
Debe tener una capacidad mínima de 350 ml y una profundidad suficiente de agua que permita cubrir la altura del
contenedor de la muestra. Debe estar provisto de algún medio que asegure firmemente la capsula y evite el balanceo; para lo que tendrá tres brazos que permitan a lo menos tres puntos de contacto para sostener la capsula.
Fuente: Elaboración Propia
Aparato Medidor de Tiempo
Para operar un penetrometro manual, utilice cualquier aparato que mida el tiempo, tal como un medidor de tiempo eléctrico, un cronometro o cualquier dispositivo a cuerda, que este graduado en 0,1 seg. o menos y cuya precisión este dentro de ± 0,1 s para un intervalo de 60 s.
Termómetros
Se pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0,1 ºC, o cualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad. Los termómetros deben cumplir los requisitos de la Especificación ASTM E1.
TABLA Nº1: Tipos de Termómetros
ASTM Rango Temperatura de Ensayo
17 C 19 a 27 ºC 25 ºC
63 C -8 a +32 ºC 0 a 4 ºC
64 C 25 a 55 ºC 46 ºC
Fuente: ASTM D 5-97 Volume 04.03 Road and Paving Materials; Vehicle-Pavement Systems
Hornilla
Hornilla a gas o eléctrica para fundir la muestra
Fuente: Elaboración Propia
3. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Caliente la muestra cuidadosamente, previniendo calentamientos locales, hasta que llegue a fluidificarse. Entonces revuelva constantemente subiendo la temperatura de la muestra de asfalto a no más de 90 ºC por encima del punto de ablandamiento esperado.
No caliente la muestra por más de 30 min. y evite la incorporación de burbujas en la muestra.
Figura N°5 Transportador de Capsula
Figura N°6 Hornilla Eléctrica
Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera
Vierta la muestra en la capsula a una profundidad tal que cuando se enfrié a la temperatura de ensayo, la profundidad de la muestra sea a lo menos 10 mm mayor que la profundidad a la cual se espera que la aguja penetre. Vierta dos porciones separadas para cada variación de las condiciones de ensayo.
Proteja la capsula contra el polvo, cubriéndola con un vaso y déjela enfriar al aire a una temperatura entre 15 y 30°C, entre 1 y 1,5 h para una capsula pequeña (90 ml) y 1,5 y 2 h, para el más grande (175 ml).
Cuando utilice el transportador de capsula, coloque las muestras junto con este en el baño de agua, manteniéndolas a la temperatura de ensayo. Las muestras en capsulas pequeñas deben permanecer entre 1 y 1,5 h y en las más grandes, entre 1,5 y 2 h.
4. CONDICIONES DE ENSAYO
Cuando no se especifiquen las condiciones de ensayo, considere la temperatura, carga y tiempo, en 25°C, 100 g y 5 seg, respectivamente.
Otras condiciones de temperatura, carga y tiempo pueden usarse para ensayos especiales, tales como los que se muestran en la Tabla Nº 2.
TABLA Nº 2: Condiciones para Ensayos Especiales Temperatura ºC Carga gr. Tiempo Seg. 0 200 60 4 200 60 45 50 5 46.1 50 5
Fuente: ASTM D 5-97 Volume 04.03 Road and Paving Materials; Vehicle-Pavement Systems
5. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
A menos que se especifique otra cosa, coloque el peso de 50 g sobre la aguja, obteniendo una masa total de 100 ± 0,1 gr. Si el ensayo se hace con el penetrometro en el baño, coloque la capsula con muestra directamente sumergida sobre la superficie
de este, y deje la capsula con la muestra en el baño, completamente cubierta con agua.
Si el ensaye se realiza con el penetrometro fuera del baño, coloque la muestra en el transportador de capsula, cúbrala completamente con agua a la temperatura del baño (constante) y ubique el transportador sobre la superficie del penetrometro.
Posicione la aguja descendiendo lentamente hasta que la punta haga contacto con la superficie de la muestra; realice esto con la punta de la aguja haciendo contacto real con su imagen reflejada sobre la superficie de la muestra, para lo cual emplee una fuente luminosa.
Haga un mínimo de tres penetraciones en la superficie de la muestra en puntos distanciados al menos 10 mm de la pared de la capsula y a no menos de 10 mm entre uno y otro. Si se usa el transportador de capsula, retorne la muestra y el transportador al baño de agua entre determinaciones; use una aguja limpia para cada determinación.
Si la penetración es mayor que 200, use un mínimo de tres agujas, dejándolas en la muestra hasta completar las tres penetraciones.
Fuente: Elaboración Propia
Figura N°7
Esquematización del ensayo
Capsula mas Muestra Cronometro Transportador de Capsula Carga de 50 gr.
Laboratorio de Asfaltos y Pavimentos-Auxiliar: Egr. Remberto Huanca Fulguera
6. MEMORIA DE CÁLCULO